DE19850897A1

DE19850897A1 - Automatisierte kontaktlose Orts- und Winkelkoordinatenbleitung an einem Untersuchungsschirm zur Bestimmung von Motilitätsstörungen der Augen

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Publication number: DE19850897A1
Application number: DE1998150897
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2000-10-12

Abstract

Ein Untersuchungsschirm zur Messung von Motilitätsstörungen des Auges wird mit einem mehrdimensionalen Trackingsystem ergänzt. Durch Kombination des Trackingsystems mit einer Projektionslichtquelle, können die Orts- und Winkelkoordinaten der Projektionslichtquelle im Raum bestimmt werden. Weiterhin wird dadurch die Projektionsfigur auf einem Schirm errechnet. Wird das Trackingsystem mit ebenfalls am Kopf der zu untersuchenden Person befestigt sind Kopffehlhaltungen im Rahmen der Untersuchung errechenbar und damit kompensierbar. Ein Patient betrachtet die Lichtquelle unter Fusionstrennung, indem er mit einem Auge durch ein Farbfilter blickt. Das doppelte Bild der Lichtquelle wird auf dem Digitalisierbrett markiert und von einem Computer oder Prozessor in Winkelkoordinaten oder Rotationskoordinaten umgerechnet. DOLLAR A Der Schirm kann je nach erweiterndem System mit mehreren Lichtquellen ausgestattet werden, die über Handschalter oder Computer elektronisch gesteuert werden.

Description

In der Ophthalmolgie gehört zu einigen subjektiven Untersuchungsverfahren eine Projektionslampe mit deren Hilfe der Patient eine Position auf einem Schirm markiert oder mit deren Hilfe im Falle einer Fixation am Kopf eine Neigungsänderung des Kopfes bestimmt werden kann.

Vorwiegend findet sich diese Untersuchungsart in der Untersuchungstechnik strabologischer Verfahren. Bei Untersuchungen die unter Seitentrennung stattfinden, bespielsweise durch Vorschaltung eines Farbfilters vor ein Auge, (Tangentenskala nach Harm, Hess-Schirm, Maddox-Kreuz) deutet der Patient die Position eines wahrgenommenen Doppelbildes mit einem Lichtprojektionszeiger an. Der Untersucher übernimmt dann die Koordinaten des Lichtprojektionszeigers um diese zu interpretieren und zu notieren.

In der Patentanmeldung 198 42 394.2 sowie der Patentanmeldung 198 42 393.4 sowie der Gebrauchsmusteranmeldung 298 11 062.8 wurde bereits beschrieben, daß bei kleinem Abstand zu einem Untersuchungsschirm die Markierung des Doppelbildes direkt durch Berührung eines Sensors erfolgen und die Koordinaten mit einer elektronischen Messeinheit direkt in einem Rechner erfaßt werden können.

Die Erfindung soll hier insofern eine Erweiterung des bekannten Systems anbieten, als daß mit Hilfe eines oder zweier Trackingsysteme eine Messung der Projektionsrichtung des kopfgetragenen oder handgehaltenen Projektionszeigers erfolgt und damit die Position einer Lichtprojektionsfigur oder eines Lichtprojektionsmusters wie beispielsweise eines Kreuzes auf dem Schirm berechnet werden kann. Weiterhin ist durch die Trackingdaten die Winkelposition der Lichtprojektionseinrichtung/Markierungseinrichtung in Relation zum Untersuchungsschirm bestimmbar. Damit ist eine Berührung des Untersuchungsschirms zur Ableitung von Ortskoordinaten nicht mehr erforderlich.

Beschreibung einer Ausführung anhand Abb. 1 und Abb. 2

Ein Patient blickt auf einen Schirm mit Trackingsystem zur Digitalisierung von Ortskoordinaten. Dieses Schirm ist mit mindestens einer punktförmigen Lichtquelle (3) sowie einem Trackingsystem ausgerüstet. Ein Computer übernimmt die Steuerung der Untersuchung und Meßdatenaufnahme. Auf einem Monitor (6) werden Untersuchungsergebnisse angezeigt und der Ablauf der Untersuchung dargestellt. Auf einem Drucker (8) können diese ausgedruckt werden. Ist auf dem Schirm (1) nur eine Lichtquelle (3) vorhanden, so befindet sich diese vorzugsweise im Zentrum des Schirms. Strahlt die Lichtquelle weißes Licht ab, so blickt der Patient mit einem Auge durch einen Farbfilter (Rotglas) um eine Fusionstrennung herbeizuführen. Die untersuchte Person nimmt bei Sehstörungen unter Fusionstrennung die Lichtquelle doppelt war. Die Position der rot erscheinenden Lichtquelle markiert der Patient mit einem Markiergerät (2) mit integriertem Trackingsystem auf dem Schirm (1). Aus der Distanz des angegebenen Doppelbildes zwischen Markierung und weißer Fixationslicht berechnet der Computer die Winkelabweichungen zwischen rechtem und linkem Auge. Dieser Versuch wird für verschiedene Blickrichtungen durchgeführt. Die verschieden Blickrichtungen sind in diesem System derart simulierbar, indem der Kopf des Patienten relativ zum Digitalisierbrett (1) unter Fixation des Fixierlichtes(3) geneigt wird oder indem ohne Bewegungen des Kopfes mehrere exzentrisch installierte Lichtquellen (20) auf dem Digitalisierbrett nacheinander fixiert werden. Im ersten Fall kann die Kopfneigung des Patienten gemessen werden, indem der Patient ein Head-Tracking System (Kopf-Neigungs- Meßsystem) (4) am Kopf trägt, das die aktuellen Meßdaten an einen Computer liefert. Die zweite Möglichkeit besteht im Tragen einer Kopfprojektionslampe, die auf einer Skala (9) am Digitalisierbrett die aktuelle Kopfneigung anzeigt.

Weiterhin kann die punktförmige Lichtquelle beispielsweise mit Hilfe eines Diffusors auch linienförmig (11) dargestellt werden. Der Patient markiert dann einzelne Punkte des Liniendoppelbildes zur Messung und Berechnung der Zyklorotation der Augen. Weiterhin ist auch mit Hilfe einer Handsteuerung durch einen Schrittmachermotor (22) die Fixierlinie rotierbarer und damit abgleichbar. Eine weitere Möglichkeit besteht im Markieren einzelner Punkte dieser Linie oder in der Markierung einzelner Punkte die auf einer Linie angeordnet sind (17). Außerdem kann mit dem Markiergerät (2) das Feld des binokularen Einfachsehens markiert werden. Dabei trägt der Patient keinen Farbfilter vor einem Auge sondern markiert auf dem Schirm die Außengrenzen unter denen er das Fixierlicht einfach wahrnimmt.

Der Schirm kann auch mit einem photosensiblen Sensor ausgestattet werden, der eine Lichtprojektionsfigur ortsaufgelöst wiedergibt.

Um die Kopfneigung zu erfassen befinden sich auf der Anordnung Fotowiderstände (19), die die Richtung der kopfgetragenen Projektionsleuchte erfassen. Zur Festlegung des Abstandes der zu untersuchenden Person von der Tafel bzw. Schirm werden dem Prinzip nach mindestens zwei Projektionssysteme (13) (Punkt-, Strich- oder Kreuzprojektion) in einem definierten Winkel zueinander am Kopf des Patienten (Brille) oder auf der Tafel angebracht. Im Falle der Projektion in Richtung vom Kopf des Patienten auf die Tafel bzw. den Schirm, fallen die Schnittpunkte der Projektionsfiguren bei definiertem Abstand auf der Tafel bzw. dem Schirm in einem Punkt zusammen. Im Falle der Projektion von der Tafel in Richtung auf das Gesicht der zu untersuchenden Person, fallen die Projektionsfiguren bei definiertem Abstand im Gesicht der Person zusammen. Werden horizontal und vertikal ausgerichtete Projektionsfiguren verwendet, kann damit eine gerade Kopfhaltung der untersuchten Person geprüft werden.

Eine Überprüfung des Abstandes der Person von der Tafel bzw. dem Schirm kann auch mittels einer Ultraschallmeßeinheit erfolgen. Dabei kann der Sensor am Kopf der zu untersuchenden Person (Brille) getragen werden als auch auf der Tafel/Schirm (16) montiert sein.

Die Skala mit Angabe von Winkelgraden ist austauschbar. Ebenso ist eine zentrale Skalierung mittels eines Anzeigeschirms denkbar (21).

Weiterhin ist eine Kamera zur Beobachtung der Untersuchung auf der Tafel bzw. dem Schirm (1) installierbar.

Beschreibung des Trackingsystems

Ein 3-dimensinales Trackingsystem das die Ermittlung der Verkippung des Markiergerätes oder des Kopfes zuläßt gibt die Daten über die horizontale, vertikale, und rotatorische Verkippung zurück. Wird das 3-dimensionale Trackingsystem um eine Distanzmessung beispielsweise durch Ultraschall oder ein optisches oder ein elektromagnetisches Meßverfahren erweitert und damit zusätlich die Position der mobilen Komponente (Sensor/Markiergerät) des Trackingsystems im Raum ermittelt, so kann beispielsweise damit in Verbindung mit einer Projektionslichtquelle der genaue Projektionsort der Projektionsfigur auf einen Schirm berechnet werden. Damit ist also im Falle einer handgetragenen Tracking-Projektionseinheit eine berührungslose Markierung auf einem Schirm möglich. Im Falle einer kopfgetragenen Tracking-Projektionseinheit lassen sich die Daten ebenfalls zu Markierungszwecken und auch zu Korrekturrechnungen im Falle von falschen Kopfbewegungen verwenden. Aus den Daten ist ingesamt immer eine berührungslose Ortskoordinatenableitung eines optischen Zeigegerätes möglich. Weiterhin ist aus den Ortskoordinaten und der Distanz des Zeigegeräes oder Trackingsystems die Erfassung des Projektionswinkels in Relation zum Schirm möglich. Es ist auch denkbar keine Lichtprojektionseinheit zu verwenden sondern in Abhängigkeit von Position und Verkippung der mobilen Komponente (Sensor) eine am Schirm aufgebrachte ortsabhängige Markierung (beispielsweise Lampen verschiedenen Positionen etc.) zu aktivieren. Beispielsweise kann so auch ein Mauszeiger an einem Bildschirm gesteuert werden.

Claims

1. Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Horizontal, Vertikal Zyklodeviationen und oder Doppelbildern an den Augen einer zu untersuchenden Person, bei dem

1. mindestens ein Punkt- (3) oder strichförmiges (11) Fixierlicht auf einer Tafel bzw. einem Schirm angeordnet wird.
2. und einer Rechnersteuerung
dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchende Person mindestens ein Trackingsystem trägt oder mit mindestens einem Tracking System verbunden ist, das Daten zur Verkippung des mobilen Anteil des Systems (Kopfsensor/Mar kiergerät) im Raum (horizontal und/oder vertikal und/oder Rotation) und /oder Daten zur Distanz des Trackinsystems zum Schirm und/oder Daten zur Position des Trackingsystems im Raum (horizontal und/oder vertikal) in Relation zum Schirm ermittelt.

2. Vorrichtung nach mindestens einem der Anspruche 1 weiter gekennzeichnet; daß ein Trackingsystem mit einer Lichtprojektionseinrichtung (Pointer) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-2 weiter gekennzeichnet, daß die Lichtprojektionseinrichtung mindestens ein Muster oder eine Figur auf dem Schirm abbildet.

4. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-3 weiter gekennzeichnet, daß aus den vom Trackingsystem ermittelten Daten die Position einer vorhandenen oder virtuellen Lichtprojektionsfigur oder Muster auf dem Schirm (durch die Rechnersteuerung)ortsaufgelöst ermittelt werden kann.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4 weiter gekennzeichnet, daß das Tracking System eine drahtlose Übermittlung der Meßdaten zur Steuerungseinheit zuläßt.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5 weiter gekennzeichnet, daß mehrere Trackingsystem verwendet werden.

7. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6 weiter gekennzeichnet, daß bei einem kopfgetragenen Trackingsystem durch die gelieferten Daten die genaue Position des Kopfes (Abstand, Raumposition in Relation zum Schirm und Kopfneigung in Bezug auf die 3 Raumachsen) ermittelt werden kann.

8. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-7 weiter gekennzeichnet, daß bei einem handgetragenen Trackingsystem durch die gelieferten Daten die genaue Position des Trackingsystems bzw. des mit dem Trackingsystem verbundenen Markiergerätes (Abstand, Raumposition in Relation zum Schirm und Neigung des Trackingsystems in Bezug auf die 3 Raumachsen) ermittelt werden kann.

9. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem handgetragenen Trackingsystem in Verbindung mit einem Lichtprojektionssystem, die Projektionsposition eines Musters oder einer Figur auf dem Schirm aus den Daten des Trackingsystems ermittelt werden kann.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schirm ein großflächiger Photosensor aufgebracht ist der die Ortskoordinatenableitung einer Projektionslichtquelle ermöglicht.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-10 weiter gekennzeichnet, daß die punktförmige Lichtquelle durch Anbringen eines Diffusors (11) linienförmig dargestellt wird.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-11 weiter gekennzeichnet, daß mehrere Lichtquellen(20) in definierter Exzentrizität zur optischen Achse(5) auf dem Schirm montiert sind.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-12 weiter gekennzeichnet, daß die Lichtquellen mit Handschaltern geschaltet werden.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-13 weiter gekennzeichnet, daß die Lichtquellen vom Computer (7) gesteuert werden.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-14 weiter gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (3/20) weiß oder andersfarbig sind.

16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-15 weiter gekennzeichnet, daß der Patient eine Brille trägt.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-16 weiter gekennzeichnet, daß die Brille ein oder mehrere sphärische Gläser beinhaltet.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-17 weiter gekennzeichnet, daß die Brille zum binokularen Gebrauch aus einem sphärischen Glas besteht.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-18 weiter gekennzeichnet, daß mindestens einem Auge ein Farbfilter vorgeschaltet ist.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-19 weiter gekennzeichnet, daß der Farbfilter ein Rotglas ist.

21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-20 weiter gekennzeichnet, daß die Brille eine Lichtprojektionseinrichtung beinhaltet.

22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-21 weiter gekennzeichnet, daß ein Punktprojektor am Kopf des Patienten fixiert ist.

23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-22 weiter gekennzeichnet, daß der Punktprojektor ein Kreuz oder Punkt optisch projeziert.

24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-23 weiter gekennzeichnet, daß der Punktprojektor einen Laser beinhaltet.

25. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-24 weiter gekennzeichnet, daß das am Schirm markierte Doppelbild mit Hilfe einer geeigneten Software in Winkelgrade umgerechnet wird.

26. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-25 weiter gekennzeichnet, daß der Schirm auch zur Bestimmung des Feldes für binokulares Einfachsehen ohne Verwendung eines Farbfilters verwendet werden kann.

27. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-26 weiter gekennzeichnet, daß mit Lichtprojektor der Verlauf einer linienförmigen Lichtquelle eingezeichnet werden kann.

28. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-27 weiter gekennzeichnet, daß die Rechnersteuerung die Zeichnung der linienförmigen Lichtquelle zu Berechnung der Rotation des Auges verwenden kann.

29. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-28 weiter gekennzeichnet, daß die Messung der Zyklorotation der Augen auch durch die gleichzeitige Darbietung und Markierung von mindestens 3 Lichtquellen möglich ist.

30. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-29 weiter gekennzeichnet, daß auf dem Schirm eine Skala angebracht ist.

31. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-30 weiter gekennzeichnet, daß die Software aus den gemessenen Daten mit Hilfe eines Expertensystems oder eines neuronalen Netzes ein Diagnose evaluieren kann.

32. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-31 weiter gekennzeichnet, daß der Rechner die Steuerung der Untersuchung und der Hardware übernimmt und überwacht.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-32, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm mindestens eine in einem definierten Winkel angeordnete Strich- bzw. Kreuz bzw. Punkt Lichtprojektionseinrichtung beinhaltet.

33. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-32 weiter gekennzeichnet, daß die Strich- bzw. Kreuz- bzw. Punktprojektionseinrichtung (13) derart verkippt ist, daß in einer definierten Distanz auf einem Schirm bzw. am Kopf der zu untersuchenden Person, der Schnittpunkt der Projektionsachsen zu liegen kommt.

34. Vorrichtung nach mindestens einem der Anspruch 1-33 weiter gekennzeichnet, daß im Falle einer Linienprojektion (13), die Linien um einen definierten Winkel gegeneinander verdreht sind, so daß im Schnittpunkt der Projektionsachsen auf einem Schirm bzw. am Kopf des zu untersuchenden Person eine Kreuzformation dargestellt wird.

35. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-34 weiter gekennzeichnet, daß im Falle einer einseitigen Projektionseinrichtung (13) die Projektionseinrichtung derart verkippt ist, daß bei definierter Distanz und Position der zu untersuchenden Person sich das Projektionsbild auf das Gesicht der zu untersuchenden Person abbildet.

36. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-35 weiter gekennzeichnet, daß eine Kamera (18) angebracht ist, die auf den Probanden gerichtet ist.

37. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-36 weiter gekennzeichnet, daß auf der Tafel ein Abstandsultraschallmeßsystem (16) aufgebracht ist.

38. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-37 weiter gekennzeichnet, daß die Skalierung(9) der Tafel austauschbar ist.

39. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-38 weiter gekennzeichnet, daß im Zentrum ein sichtbarer Bildschirm(21) eingebaut ist.

40. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-39 weiter gekennzeichnet, daß die Skalierung(9) gerade oder gekrümmte Linien enthält.

41. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-40 weiter gekennzeichnet, daß die Linienfixationsleuchte (11) auf einem Schrittmachermotor aufgebracht ist, der durch eine Handsteuerung oder durch den Rechner gesteuert wird.

42. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-41 weiter gekennzeichnet, daß die Tafel/Schirm oder der Rechner mit mindestens ein Hand- bzw. Fußschalter verbunden ist, der die Meßwertübernahme steuert.

43. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-42 weiter gekennzeichnet, daß in Zentrumsnähe der Tafel mindestens ein Lämpchen (23) versenkt ist, das nur bei definierter Position des Probanden gesehen werden kann.

44. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-43 weiter gekennzeichnet, daß ein Lämpchen in einer Hülse (24) definierter Länge auf der Tafel/Schirm aufgebracht sind.

45. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-44 weiter gekennzeichnet, daß die Tafel/Schirm an definierten Stellen mindestens einen Fotowiderstand (19) beinhalten, der die Projektionsrichtung der kopfgetragenen Projektionseinrichtung, zur Steuerung des Untersuchungsablaufs, erfaßt.

46. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-45 weiter gekennzeichnet, daß der untersuchten Person vor beide Augen ein Farbfilter vorgeschaltet wird.

47. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-46 weiter gekennzeichnet, daß die untersuchte Person einen kopf- bzw. brillengetragenen Ultraschalldistanzmesser trägt.

48. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-47 weiter gekennzeichnet, daß der am Kopf oder einer Brille getragenen Punkt, Strich oder Kreuzprojektor derart justiert ist, daß die Projektionsmarke bei definierter Distanz auf der Tafel in definierter Position abgebildet wird.

49. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-48 weiter gekennzeichnet, daß zwei kopfgetragene Punkt-, Strich- oder Kreuzprojektoren derart justiert sind, daß bei definierter Distanz auf der Tafel in definierter Position die aus beiden Projektoren entstehende Figur abgebildet wird.

50. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-49 weiter gekennzeichnet, daß das Zeigegerät mit einer Zusatzform (z. B. einem Ring) versehen ist.

51. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-50 weiter gekennzeichnet, daß die Zusatzform des Zeigegerätes beleuchtbar ist.

52. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-51 weiter gekennzeichnet, daß die Provokation einer definierten Blickrichtung durch die Verkippung des Kopfes in Relation zur Tafel oder durch die Exzentrische Darbietung eines Lichtreizes erzeugbar oder deren Kombination ist.

53. Vorrichtung und Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-52 weiter gekennzeichnet, daß die Analyse der Meßergebnisse die Blickrichtungen entlang horizontaler vertikaler und radialer Achsen ermittelt.